Полевой метод

Как снять машину, чтобы видео можно было измерить

Wertek AI — Engineering
https://wertek.ai/engineering/ru/vibration/video-capture/
1

Базовый — просто скажите, что делать

Вы собираетесь снять машину. Выполните шесть шагов. Теория не нужна.

Шесть шагов

  1. Закрепите камеру.Штатив, струбцина или магнит. Никогда с рук.
  2. Отключите стабилизацию изображения.Она убирает ровно то движение, которое вы записываете.
  3. Выберите частоту кадров.30 к/с ниже 700 об/мин · 60 ниже 1400 · 120 ниже 2800 · 240 выше. Точное значение даст калькулятор ниже.
  4. Выберите длительность записи.Быстрые машины: 5 секунд. Ниже 600 об/мин: 10 секунд. Ниже 60 об/мин: 35 секунд и больше.
  5. Заполните кадр.Машина занимает от половины до двух третей изображения. В остальном оставьте стену, колонну или пол. Зафиксируйте фокус. Протрите объектив.
  6. Отправьте исходный файл.Не через WhatsApp, Teams или почту — они пережимают, и деталь исчезает. Кабель, AirDrop или загрузка в исходном качестве.

Это весь метод. Дальше объясняется почему — и как сделать лучше, когда машина необычная.

Настройте камеру под то, что хотите измерить

Введите частоту вращения вала и до какой гармоники нужно дойти. Обе настройки следуют прямо из арифметики выше.

Настройте камеру на

Частота кадров
—
Записывайте
—
Ваше окно измерения
—
Что вы сможете увидеть

    Перед нажатием на запись

    • Машина работает нормально и в установившемся режиме; частота вращения вала записана.
    • Камера закреплена — штатив, струбцина или магнит. Не в руке.
    • Стабилизация выключена.
    • Частота кадров выбрана под наибольшую интересующую частоту.
    • Длительность выбрана под наименьшую интересующую частоту.
    • Фокус и экспозиция зафиксированы; объектив чистый.
    • Интересующая часть занимает от половины до двух третей кадра, в остальном — что-то неподвижное.
    • Больше в кадре ничего не движется — люди, техника, пар, висящие цепи.
    • Никто не касается камеры во время записи.
    2

    Средний — снять лучше

    Решения, которые отличают пригодную запись от хорошей, и чего от неё ждать.

    Крепление: оно перевешивает всё остальное

    Камера измеряет, насколько предметы смещаются между кадрами. Если движется сама камера, это движение прибавляется ко всей сцене — и, в отличие от фокуса или экспозиции, потом его не убрать.

    Это самый дешёвый пункт списка, чтобы сделать правильно, и самый дорогой, чтобы испортить.

    Делайте

    • Штатив на твёрдом полу — вариант по умолчанию, почти всегда достаточный.
    • Струбцина или магнитное крепление на конструкции, которая не является снимаемой машиной.
    • Если единственная точка съёмки — вибрирующая конструкция, снимайте с неё, но запишите это вместе с видео. Измерение, прочитанное относительно заведомо движущейся конструкции, честно и по-прежнему полезно.

    Избегайте

    • С рук. Дрожание руки многократно превышает искомое движение и нерегулярно — его нельзя смоделировать и вычесть.
    • Площадки, перила и решётчатые настилы, по которым во время съёмки ходят люди.
    • Штатив, свободно стоящий на вибрирующей платформе, — он скользит и качается непредсказуемо.

    Отключите стабилизацию изображения

    Оптическая и электронная стабилизация существуют, чтобы убирать мелкие движения — ровно те, которые вы записываете. Хуже того, они убирают их неравномерно: борются с одними кадрами и не борются с другими, добавляя движение, которого в сцене никогда не было. На правильно закреплённой камере стабилизация только ухудшает результат.

    Расстояние и кадрирование определяют чувствительность

    Движение в видео измеряется в пикселях. Сколько один пиксель стоит в реальном мире, задаёт только ваше кадрирование: ширина того, что вы взяли в кадр, делённая на ширину изображения в пикселях.

    Значит, более плотный кадр делает измерение точнее. Вчетверо ближе — вчетверо точнее, и стоит это лишь нескольких шагов.

    Сколько один пиксель стоит в реальном мире для пяти вариантов кадрирования на изображении шириной 1920 пикселей. Подойти ближе — самая дешёвая чувствительность, какая бывает: она стоит лишь нескольких шагов.
    • Пусть интересующая часть занимает примерно от половины до двух третей кадра, а в остальном будет что-то неподвижное — стена, колонна, пол.
    • Снимайте перпендикулярно интересующему движению. Движение к камере или от неё практически невидимо.
    • Включайте в кадр корпуса подшипников, раму и анкерные болты. Именно там проявляются ослабление и трещины.
    • Никогда не используйте цифровой зум. Он выдумывает пиксели: деталей не добавляет, а сглаживает как раз записываемое движение. Подойдите ближе или используйте оптический зум.
    • Снимайте в максимальном доступном разрешении и не кадрируйте потом — обрезка выбрасывает чувствительность, добытую подходом ближе.

    Для трендов кадрируйте каждый раз одинаково

    Поскольку единица — пиксель, та же машина в другом кадре даёт другие числа: вдвое более узкий кадр удваивает каждое показание, хотя ничего не изменилось. Отметьте положение штатива, запишите расстояние и повторяйте. Воспроизводимое измерение ценнее чувствительного.

    Свет, резкость и контраст

    Все три — одна задача с трёх сторон. Смаз движения — это уже потерянное измерение: если край размазался за одну экспозицию, этот кадр уже усреднил движение, и никакая обработка его не вернёт. Больше света покупает более короткую выдержку, а именно короткая выдержка замораживает движение.

    • Зафиксируйте фокус и экспозицию до записи. Автофокус, ищущий посреди клипа, портит съёмку.
    • Проверьте один стоп-кадр перед уходом. Приблизьте головку болта или окрашенную линию: резко — готово; смазано — нужно больше света или короче выдержка.
    • Освещайте сбоку, а не сзади машины. Контровой свет даёт силуэт — контур без текстуры внутри.
    • Избегайте бликов и мокрых, блестящих поверхностей. Зеркальный блик смещается, когда движется камера или лампа, а не машина.
    • Поверхностям нужна видимая текстура — болты, кромки краски, сварные швы, грязь. Если поверхность действительно без признаков, добавьте контрастные метки, надёжно приклеенные: дрожащая метка измеряет саму себя.
    • Протрите объектив. Пыль рассеивает свет и съедает контраст, и она возвращается в течение смены.

    Следите за мерцанием освещения

    Разрядные лампы — натриевые высокого давления, металлогалогенные, старые люминесцентные — пульсируют с удвоенной частотой сети: 120 Гц в сети 60 Гц, 100 Гц в сети 50 Гц. Эта пульсация — изменение яркости, а изменение яркости можно принять за движение. Хуже всего, когда она попадает близко к частоте кадров или к её пределу Найквиста. Предпочитайте дневной свет или современные светодиоды без мерцания; если снимать под разрядными лампами на высокой частоте кадров всё же надо, добавьте стабильный источник, направленный на интересующий участок.

    Как вынуть файл из телефона, не испортив его

    Хорошую запись всё ещё можно уничтожить между камерой и адресатом.

    Не отправляйте через мессенджер

    Мессенджеры и почтовые платформы жёстко пережимают видео, а это сжатие работает, сглаживая мелкие различия между кадрами — то есть ровно содержание записи. Отправляйте оригинал: кабель, AirDrop или загрузку, сохраняющую исходное качество.

    Ловушка замедленной съёмки

    Некоторые телефоны сохраняют замедленный клип уже замедленным: пять секунд, снятые с 240 к/с, превращаются в сорокасекундный файл, объявляющий 30 к/с. Кадры верны, но любая выведенная из них частота окажется в восемь раз ниже. Проверьте, совпадает ли длина файла со временем, которое вы действительно там стояли — если она больше, клип был предварительно замедлен. Экспортируйте оригинал или используйте режим высокой частоты кадров вместо замедленной съёмки.

    • Не обрезайте, не монтируйте, не применяйте фильтры и не стабилизируйте после съёмки. Редакторы перекодируют, а некоторые стабилизируют молча.
    • Не записывайте экран при воспроизведении. Это передискретизирует тайминг и выбрасывает кадры.
    • H.264 и HEVC одинаково подходят. Если телефон спрашивает, «наиболее совместимый» — безопасный ответ.
    • Запишите машину, место и частоту вращения вала. Пять секунд на ввод — и запись становится понятной тому, кого там не было.

    Чего ожидать

    Вы увидите ту полосу, за которую заплатили, и ничего вне её. Десятисекундный клип на 30 к/с покрывает примерно от 0,25 Гц до 12 Гц. Это широкий и полезный диапазон, и он исключает и корпус печи, и гармоники четырёхполюсного двигателя.

    Некоторые поверхности измерить не удастся. Гладкие, засвеченные или лишённые признаков области не дают за что зацепиться. Это свойство сцены, а не отказ — и лучше об этом сообщить, чем угадывать.

    Энергия в низких частотах часто оказывается трендом, а не вибрацией. В короткой записи нижнюю часть спектра занимает дрейф: камера устанавливается, конструкция дышит, свет меняется. Разделяет их более длинная запись, а не более быстрая.

    Первая запись — это репетиция. Проверьте её на месте: кадр плотный, край резкий, длина файла совпадает с часами? Две минуты там экономят вторую поездку.

    3

    Продвинутый — откуда берутся числа

    Арифметика за двумя настройками — для тех, кто хочет её проверить или объяснить другим.

    У записи две стены, и они задаются независимо

    Камера — это дискретизатор, который заодно делает снимки, поэтому она подчиняется тем же ограничениям, что и любое другое дискретное измерение. Два из них важны, и они происходят из двух разных решений.

    Как долго вы снимаете задаёт самое медленное движение, которое можно разрешить. Как быстро вы снимаете задаёт самое быстрое. Ни то, ни другое не исправляется потом, и запись легко может быть одновременно слишком короткой и слишком медленной.

    Синюю стену слева задаёт длительность записи — здесь десять секунд. Пунктирные стены справа — четыре частоты кадров, которые даёт обычный телефон, каждая равна половине своей частоты. Всё между стенами измеримо; за ними ограничение — запись, а не машина. Посмотрите, куда попадает третья гармоника двигателя 1800 об/мин: туда дотягивается только 240 к/с.

    Длительность задаёт медленную стену

    Чтобы разрешить колебание, запись должна содержать несколько его периодов. Один период — не измерение, а тенденция.

    Полезное рабочее правило — десять периодов, и никогда меньше пяти секунд. Ниже примерно 10 Гц именно это число определяет длительность; выше — пять секунд ничего не стоят и дают куда больше минимума.

    секунды = max( 10 ÷ частота в Гц , 5 )частота в Гц = об/мин ÷ 60
    ОборудованиеЧастота вращенияЧастотаЗаписывать
    Двигатель, вентилятор или насос1800 об/мин30 Гц5 с
    Двигатель900 об/мин15 Гц5 с
    Дымосос или дутьевой вентилятор600 об/мин10 Гц5 с
    Барабан конвейера60 об/мин1 Гц10 с
    Мельница, мешалка, градирня18 об/мин0.3 Гц35 с
    Очень тихоходные приводы12 об/мин0.2 Гц50 с
    Самая низкая частота, которую способна разрешить запись, в зависимости от её длительности. Пунктиром отмечены три частоты вращения вала. Тихоходное оборудование требует длинных записей — и увеличение частоты кадров здесь не помогает совсем: нижняя полоса покупается временем.

    Ниже примерно 12 об/мин само вращение вала перестаёт быть практичной целью для видео. Это редко проблема: на тихоходных машинах интересные узлы — опорные ролики, шестерни, редукторы, корпуса подшипников и фундамент — вращаются заметно быстрее, и требуемая запись снова сокращается до секунд.

    Частота кадров задаёт быструю стену

    Камера не видит ничего быстрее половины своей частоты кадров. Эта средняя линия — частота Найквиста, тот же предел, которому подчиняется любой виброанализатор.

    Выше неё быстрое движение не просто слабеет. Оно заворачивается и появляется как частота, которой нет, — что куда опаснее, чем не увидеть ничего.

    Сверху: реальное движение 25 Гц. Снизу: то же движение, дискретизованное с 30 к/с, у которого предел Найквиста 15 Гц. Синие отсчёты ложатся на чистую кривую 5 Гц. 25 Гц не ослабли — они исчезли, и их место заняла частота, которой никогда не было. Именно поэтому частоту кадров выбирают до записи, а не после.
    Найквист = к/с ÷ 2к/с ≥ 2.5 × наибольшая интересующая частотато есть для N-й гармоники вала на f₁ : к/с ≥ 2.5 × N × f₁

    Почему 2,5, а не 2

    Найквист говорит, что сигнал существует выше двух отсчётов на период; он не говорит, что там его можно измерить. Прямо на границе амплитуда проваливается, а показание начинает биться. Виброанализаторы десятилетиями используют коэффициент 2,56 именно по этой причине. Планируйте с 2,5 — тот же запас, и считается в уме.

    Настройка телефонаНайквистПригодно доДостаёт 1× дляДостаёт 3× для
    30 к/с15 Гц12 Гцдо 720 об/миндо 240 об/мин
    60 к/с30 Гц24 Гцдо 1440 об/миндо 480 об/мин
    120 к/с60 Гц48 Гцдо 2880 об/миндо 960 об/мин
    240 к/с120 Гц96 Гцдо 5760 об/миндо 1920 об/мин

    Механическая диагностика живёт в гармониках — расцентровка на 2×, ослабление на 2× и 3×, лопаточная частота по числу лопаток. Запись, дотягивающая только до 1×, показывает, что что-то движется, но не почему. Прочитайте последний столбец: двигателю 1800 об/мин нужны 240 к/с, чтобы его третья гармоника вообще попала в запись.

    Что даёт обычный телефон

    Большинство современных телефонов дают 30 и 60 к/с в обычном видео и 120 и 240 к/с в замедленной съёмке или режиме высокой частоты кадров. Ни для одной строки выше не нужна специальная камера. Два момента: быстрые режимы обычно снижают разрешение, а это стоит чувствительности, и часто ограничивают длину клипа — что и есть проблема на тихоходных машинах, требующих длинной записи. Машина медленная — выбирайте разрешение и длительность вместо скорости; быстрая — выбирайте скорость.

    Привычка, которая решает

    Прежде чем спорить о результате, посмотрите на окно, которое запись могла увидеть. Длительность задала одну стену, частота кадров — другую, и никакой анализ за них не выходит. Большинство разногласий об измерении оказываются разногласиями о записи.

    Download this guide as a printable PDF reference

    Исключённые разделы удаляются из PDF, а не просто скрываются.